マグネシウム二次電池と

亜鉛二次電池

 マグネシウムは，資源量が豊富で地域的な偏在が少ないことから，元素戦略的な見地から電池用材料として非常に魅力的な物質である。しかし，マグネシウムを負極とした二次電池においては，正極材料，電解質溶液の安定性，不動態皮膜等の電気化学的に不活性な層が電極表面に形成されやすいことで起こるIRドロップ，充放電時に電流密度を上げた時の特性劣化など，今後解決しなければならない様々な課題があることから，現在のところ商業ベースの製品に至っていないと思われる。

積層型非液体電解質構造の

亜鉛ヨウ素イオン二次電池

への適用

Fig.1には，積層型非液体電解質構造を有した亜鉛ヨウ素イオン二次電池の断面図を模式的に示した。その構造には，これまでに私たちが検討を行ってきた二次電池（積層型非液体電解質二次電池：特願2023-132259）の一形態を適用した。Fig.１において，負極10の金属電極を亜鉛（亜鉛フォイル，厚さ0.01mm）とし，正極11にはカーボン電極（グラファイト粉末，カーボンブラック粉末），第一非液体電解質20にはポリビニルアルコール（PVA）にヨウ化カリウム等を分散させたもの，第二非液体電解質21にはPVAに塩化リチウム等を分散させたものを用いた。

亜鉛ヨウ素イオン二次電池

の充放電特性

Fig.2に，亜鉛ヨウ素イオン二次電池の充放電特性を，単位重量当たりの容量表示で示した。充放電の電流密度が低い場合には，1.1～1.2V付近にIRドロップの小さな充放電曲線を示したが，電流密度が１ｍA付近になると，Fig.2に示されるように，充電側で0.4V前後の過電圧の増加が起こった。しかし，このような過電圧の増加はマグネシウム負極の場合に比べると小さなものであった。これは，金属表面での不動態皮膜等の電気化学的に不活性な層の形成が，マグネシウムに比べて亜鉛のほうが起こりづらいためと考えられる。

亜鉛ヨウ素イオン二次電池の充放電曲線には，酸化還元反応に基づく電池に特有な電圧の平坦部がみられる。これに対して，日本触媒株式会社のカーボンー亜鉛ハイブリッド二次電池の充放電曲線（リンク論文のFig.5および６）は，平坦部の無い電気二重層的な三角波状のものとなっている。

これは，私たちが検討を行っている積層型非液体電解型の金属ヨウ素イオン二次電池においては，第二非液体電解質21(PVA-塩化リチウム等分散)とカーボン電極11（グラファイト粉末，カーボンブラック粉末）との間で，リチウムイオンのカーボン層へのインターカレーションが起こり得る構造となっているのに対して，日本触媒株式会社のカーボンー亜鉛ハイブリッド二次電池においては，電解質がZnO飽和したKOH水溶液（6.7mmol/L)でカーボン電極が活性炭であるような電気二重層型の構造となっているためと思われる。

今回検討を行った積層型非液体電解質亜鉛ヨウ素イオン二次電池（全固体型亜鉛ヨウ素二次電池）の容量は，

単位重量当たりの容量：約80 (mAh/g)

単位体積当たりの容量：約580（mAh/cm³)

 であった。

カーボン電極側は同様として，

これを，リチウムイオン電池の正極として用いられている

 コバルト酸リチウムLiCoO₂ の（比重2.0～2.6 g/cm³）

と比較すると，

理論容量（重量当たりの容量)：274 (mAh /g)

（実効容量は約半分の約150 ｍAh /g ）

理論容量（体積当たりの容量，比重2.3)：630（mAh/cm³)

（実効容量：約345 mAh/cm³）

となり，

体積当たりの容量では，亜鉛ヨウ素イオン二次電池が同等以上となる。